表面預(yù)處理對聚四氟乙烯絕緣電線標(biāo)志耐久性的影響

丁春風(fēng)， 季冬冬， 周正平， 徐龍龍

（江蘇通光電子線纜股份有限公司，江蘇海門226103）

表面預(yù)處理對聚四氟乙烯絕緣電線標(biāo)志耐久性的影響

丁春風(fēng)， 季冬冬， 周正平， 徐龍龍

（江蘇通光電子線纜股份有限公司，江蘇海門226103）

分析了聚四氟乙烯絕緣電線難以印字的原因，簡要描述了氣體熱氧化法、火焰處理法、電暈處理法和等離子處理法的表面預(yù)處理方法。對比這些表面預(yù)處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并從中選出最適宜的。

電線表面預(yù)處理；聚四氟乙烯絕緣電線；標(biāo)志耐久性

0 引 言

聚四氟乙烯具有相當(dāng)優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐氣候性、阻燃性、高低溫適應(yīng)性和較高的力學(xué)性能，所以聚四氟乙烯絕緣電線在一些使用環(huán)境惡劣以及航空等有特殊要求的場合得到了廣泛應(yīng)用，但是這些應(yīng)用場合要求聚四氟乙烯絕緣電線標(biāo)志清晰、耐久性好。

以前國內(nèi)使用普通印字工藝和普通油墨在聚四氟乙烯絕緣電線表面印產(chǎn)品標(biāo)志，標(biāo)志不清晰、耐久性差。在裝配、使用過程中，電線與電線或與其它物體之間發(fā)生摩擦，印在電線表面的標(biāo)志很容易被擦除。按照GJB 773A/3A—2000標(biāo)準(zhǔn)做標(biāo)志耐久性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電線標(biāo)志的耐刮擦次數(shù)一般在10次以內(nèi)，離標(biāo)準(zhǔn)要求的125次相差甚遠(yuǎn)；而且采用普通油墨印電線標(biāo)志的電線在高溫場合下使用時，電線標(biāo)志受熱可能會變色，甚至褪色。

本文從聚四氟乙烯材料本身及所采用的印字油墨這兩個方面，分析了造成聚四氟乙烯絕緣電線難印的原因，然后對氣體熱氧化法、火焰處理法、電暈處理法和等離子處理法這四種印字前預(yù)處理方法及其效果做出簡要描述，經(jīng)比較，最終從中選出最適宜的預(yù)處理方法。

1 聚四氟乙烯絕緣電線難印的原因

從聚四氟乙烯的物理性質(zhì)上分析，主要可能有以下原因：由于聚四氟乙烯表面能低、臨界表面張力小、潤濕能力差，印墨不能充分潤濕電線表面，從而不能很好地粘附在電線表面；聚四氟乙烯分子鏈規(guī)整無支鏈，其結(jié)晶度高達(dá)55％～75％。由于聚四氟乙烯的結(jié)晶度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，它的溶脹和溶解都要比非結(jié)晶高分子困難，當(dāng)印墨涂在電線表面時，很難發(fā)生高聚物分子鏈的擴(kuò)散和相互纏結(jié)，不能形成較強(qiáng)的粘附作用；聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)高度對稱，屬于非極性高分子，印墨吸附在電線表面是由范德華力（分子間作用力）所主導(dǎo)的，范德華力包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力。

對于聚四氟乙烯絕緣電線的非極性表面，不具備形成取向力和誘導(dǎo)力的條件，而只能形成較弱的色散力，弱的色散力對印墨在電線表面的吸附貢獻(xiàn)不大，導(dǎo)致粘附性能較差；聚四氟乙烯本身含有的低分子成分，以及加工和儲運(yùn)過程中產(chǎn)生或帶入的低分子量物質(zhì)，這類小分子物質(zhì)極容易析出、匯集于電線表面，形成強(qiáng)度很低的薄弱界面層，這種弱界層的存在大大降低了印墨與電線表面的粘結(jié)強(qiáng)度。

印字油墨一般由顏料、連結(jié)料、填料、溶劑等組成。影響電線標(biāo)志的耐久性和抗高溫變色性能的主要是顏料和連結(jié)料的種類及性能。有些顏料在加熱時不但會發(fā)生變色，甚至發(fā)生變化，像有機(jī)顏料在一定溫度下會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化。連結(jié)料干燥后形成有一定強(qiáng)度的膜層，對顏料起保護(hù)作用，使其難以脫落，不同的連結(jié)料與電線絕緣材料的親和性是不一樣的。普通油墨中的顏料和連結(jié)料，耐溫等級低，高溫下可能會變色或發(fā)生變化，它們與聚四氟乙烯的親和性較差，這造成聚四氟乙烯絕緣電線標(biāo)志耐久性差，受熱易變色，甚至褪色。因此在聚四氟乙烯絕緣電線表面印字時，最好采用耐高溫的且與聚四氟乙烯親和力較好的氟塑料專用油墨。

2 聚四氟乙烯絕緣電線的表面預(yù)處理方法

提高聚四氟乙烯絕緣電線標(biāo)志耐久性可以通過提高印墨和聚四氟乙烯絕緣電線表面的粘附性能來實(shí)現(xiàn)。在印字前對電線表面進(jìn)行預(yù)處理，有助于提高印墨和聚四氟乙烯絕緣電線表面的粘附性能。表面預(yù)處理目前主要有以下幾個途徑：（1）在電線絕緣材料表面的分子鏈上導(dǎo)入極性基團(tuán)；（2）提高電線絕緣材料的表面能；（3）提高電線絕緣表面的粗糙度；（4）降低或消除電線表面的弱界層。

目前電線表面預(yù)處理方法主要有氣體熱氧化法、火焰處理法、電暈處理法和等離子處理法。下面對這四種預(yù)處理方法進(jìn)行簡要描述，并對其預(yù)處理效果進(jìn)行比較。

2.1氣體熱氧化法

氣體熱氧化法就是讓電線先通過一個預(yù)熱爐后再進(jìn)行印字，預(yù)熱爐長度要保證電線在其中有足夠的停留時間，一般為1～2 m。電線從預(yù)熱爐通過時，其表面經(jīng)空氣、氧氣、臭氧之類氣體氧化后產(chǎn)生極性基團(tuán)，電線表面能升高，從而電線表面與印墨的粘附性能得以改善。

影響預(yù)處理效果的主要因素有溫度、處理時間、氧氣含量等。提高處理溫度和處理時間可以改善處理效果，但不能過度提高，以免對電線絕緣層的性能造成影響。氣體熱氧化法工藝簡單，對于電線表面有一定預(yù)處理效果，但效果不是非常理想，開機(jī)后不能立即生產(chǎn)，需先將預(yù)熱爐升溫到指定溫度并達(dá)到穩(wěn)定，這需要較長的時間，而且預(yù)熱爐的能耗較大。

2.2火焰處理法

火焰處理法就是采用一定配比的混合氣體，在特定的燃燒器上燃燒，讓電線印字前從其火焰中通過，使火焰與電線表面直接接觸的一種表面處理方法。一般采用煤氣作為燃燒氣體，壓縮空氣助燃。火焰將與其接觸的電線絕緣表面的分子氧化，從而在絕緣層表面導(dǎo)入含氧極性基團(tuán)，消除薄弱界面層，因而明顯改善電線表面對印墨的粘附性能。

影響火焰處理效果的主要因素有燃燒器型式、燃燒溫度、燃燒氣體配比、電線在火焰中所處的位置及處理時間等。一般燃燒器和燃?xì)獾姆N類是不會頻繁更換的，平時都是通過調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁俊㈦娋€在火焰中所處的位置及處理時間來獲得最佳處理效果。火焰處理法成本低廉，對設(shè)備要求不高，氧化火焰溫度很高，可以達(dá)到瞬間改變電線表面性能的目的，但由于工藝影響因素較多，操作過程要求嚴(yán)格，稍有不慎就可能導(dǎo)致電線絕緣變色，甚至導(dǎo)致電線絕緣開裂或燒焦，而且本方法有燃?xì)庑孤兜陌踩[患。

2.3電暈處理法

電暈處理是將高頻電壓施加于放電電極上，高壓使電極間的空氣發(fā)生電離，所產(chǎn)生的大量等離子氣體及臭氧，在電線通過電極間時與電線絕緣表面分子發(fā)生作用，使其表面分子鏈上產(chǎn)生極性基團(tuán)，電線表面張力、表面能明顯提高。這樣不僅清潔了電線表面，而且增加了粗糙度，提高了電線表面對印墨的粘附性。

影響電暈處理效果的因素有處理電壓、功率、電極間距、處理時間及溫度等。增加電暈處理前電線表面溫度、減少電極間距、增加處理時間和提高處理功率等，可以改善電暈處理效果，但不能過度提高處理功率，以防止電線絕緣層灼傷甚至擊穿。電暈處理具有處理時間短、處理速度快、操作簡單、控制容易等優(yōu)點(diǎn)，但電暈處理由于是屬于流注放電，其放電處理的形態(tài)是絲狀放電，即對電線表面處理的放電是不均勻的點(diǎn)狀放電，處理效果是不均勻的，而且在處理過程中一般都會產(chǎn)生臭氧，超標(biāo)的臭氧對人體是有害的，因此在使用電暈機(jī)時，需控制臭氧的濃度。

2.4等離子處理法

等離子體是由電子、正離子和中性粒子（包括所有不帶電的粒子，如原子、分子和原子團(tuán)等）所組成，對外界呈電中性的電離氣體。等離子處理器由等離子發(fā)生器、氣體輸送管路及等離子噴頭等部分組成，等離子發(fā)生器產(chǎn)生高壓高頻能量在噴嘴鋼管中被激活和被控制的輝光放電中產(chǎn)生低溫等離子體，借助壓縮氣體將等離子噴向電線表面，壓縮氣體可以是惰性氣體（N2、Ar等）或活性氣體（空氣、O2等）。當(dāng)?shù)入x子體和電線表面相遇時，產(chǎn)生物理變化和化學(xué)變化，電線絕緣表面的一些分子鏈發(fā)生斷裂產(chǎn)生部分活性基團(tuán)，隨之發(fā)生表面交聯(lián)，壓縮氣體是活性氣體的則還會引入極性基團(tuán)，大大提高其表面能，電線表面得到清潔，以及電線表面刻蝕造成粗糙度增加，從而使電線表面與印墨的粘附性能得以改善。

影響等離子處理法的因素有功率、處理時間、壓縮氣體氣壓、噴嘴與電線間的距離等。等離子處理法具有處理均勻性好、作用時間短、效率高、工藝簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備價格較貴，維護(hù)成本較高，而且線速較高時電線抖動，可能使其跳出噴嘴口的等離子焰。

2.5四種預(yù)處理的效果比較

在采用相同氟塑料專用油墨、打標(biāo)設(shè)備和后處理工藝的前提下，分別采用氣體熱氧化法、火焰處理法、電暈處理法和等離子處理法這四種表面預(yù)處理方法對同規(guī)格的聚四氟乙烯絕緣電線進(jìn)行印字前預(yù)處理，每種預(yù)處理后所印電線標(biāo)志的耐久性采用GJB 773A—2000標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)志牢度試驗(yàn)進(jìn)行評估。試驗(yàn)條件：往復(fù)行程10～12 mm、往復(fù)頻率（60±2）次/min、鋼針直徑0.63 mm、負(fù)荷500 g，電線的標(biāo)志表面不被鋼針磨出一條實(shí)線的耐刮擦次數(shù)見表1。每種預(yù)處理都通過工藝調(diào)整，使其達(dá)到最佳處理效果，火焰處理法采用煤氣和壓縮空氣組成的混合氣體，等離子處理法的壓縮氣體采用壓縮空氣。

表1　不同預(yù)處理后電線標(biāo)志的耐刮擦次數(shù)

從表1可以看出，氣體熱氧化法、火焰處理法、電暈處理法和等離子處理法這四種預(yù)處理方法均能提高聚四氟乙烯絕緣電線表面所印標(biāo)志的耐久性，但改善效果有差異。使用本試驗(yàn)用油墨在聚四氟乙烯絕緣電線表面印字時，采用電暈處理法或等離子處理法更佳，可以使聚四氟乙烯絕緣電線表面所印標(biāo)志達(dá)到GJB 773A/3A—2000中的標(biāo)志耐久性要求。

3 結(jié)束語

印字前進(jìn)行氣體熱氧化法、火焰處理法、電暈處理法和等離子處理法這四種表面預(yù)處理均能提高聚四氟乙烯絕緣電線標(biāo)志的耐久性，但改善效果存在差異。從改善效果、操作控制的難易程度和經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合考慮，最適宜的方法是電暈處理法，如果追求更好的處理效果，則可以采用等離子處理法。

［1］ GJB 773A—2000 航空航天用含氟聚合物絕緣電線電纜通用規(guī)范［S］.

［2］ GJB 773A/3A—2000 航空航天用鍍銀銅芯聚四氟乙烯絕緣電線電纜詳細(xì)規(guī)范［S］.

［3］ 馬立群.難粘高分子材料的表面處理技術(shù)［J］.化學(xué)與粘合，1999（1）：23-26.

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［5］ 劉乃亮，齊暑華，理莎莎，等.難粘塑料表面低溫等離子體處理研究進(jìn)展［J］.中國膠粘劑，2009（12）：53-59.

The Influence of Surface Pretreatment on PTFE Insulated W ire Identification Durability

DING Chun-feng，JI Dong-dong，Zhou Zheng-ping，XU Long-long
（Jiangsu Tonggang Electronic Wire&Cable Co.，Ltd.，Haimen 226103，China）

This article analyses the reasons of why the polytetrafluoroethylene insulated wire is difficult to print，briefly describe the surface pretreatment method of the gas thermal oxidation，flame treatment，corona treatment and plasma treatment.Comparing the advantages and disadvantages of these surface pretreatment method，and choose the most appropriate.

the wire surface pretreatment；polytetrafluoroethylene insulated wire；identification durability

TM246.9

A

1672-6901（2015）06-0025-03

2015-03-11

丁春風(fēng)（1981-），男，工程師.

作者地址：江蘇海門市渤海路169號［226103］.